專利名稱：原位生物芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于化學(xué)與生物分析儀器技術(shù)領(lǐng)域。
目前已有報(bào)道的生物芯片主要是采用原位合成法、化學(xué)噴射法或接觸式點(diǎn)涂法制備的、把寡核苷酸作為探針的基因芯片。如《生物工程進(jìn)展》1999,Vol.19(No.4):33-37、和45-51發(fā)表的“生物芯片研究進(jìn)展”和“基因芯片技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展”兩篇文章，綜述了國內(nèi)外對(duì)生物芯片技術(shù)在加工制備、功能和應(yīng)用方面的主要研究成果?；蛐酒壳爸饕糜诟咄炕虮磉_(dá)平行分析、大規(guī)?；虬l(fā)現(xiàn)及序列分析、基因多態(tài)性分析和基因組研究等。另外，《Analytical Biochemistry》1994,Vol.270:103-111發(fā)表的“用于基因表達(dá)和抗體篩選的蛋白質(zhì)微陣列”一文，首次把蛋白質(zhì)作為探針高密度地固定在聚雙氟乙烯膜上，對(duì)cDNA(反錄脫氧核糖核酸)克隆片段表達(dá)的產(chǎn)物進(jìn)行檢測。另一方面，目前基因芯片檢測主要是利用熒光素等標(biāo)記目的基因，即所謂熒光標(biāo)記法。用計(jì)算機(jī)控制的高分辨熒光掃描儀獲得結(jié)合于芯片上目的基因的熒光信號(hào)進(jìn)行分析測試。熒光掃描儀主要有靈敏度和分辨率較高、但掃描時(shí)間長的激光共聚焦顯微鏡，和掃描時(shí)間短、但靈敏度和分辨率較低的電荷藕合器件(CCD)攝像機(jī)兩大類。在基因芯片的雜交檢測中，為比較不同來源樣品的基因表達(dá)差異，或者為了提高基因芯片檢測的準(zhǔn)確性和測量范圍，通常需要使用多色熒光技術(shù)，如《Nature Genetics》1999,21(Supplement):42-47發(fā)表的“采用寡核苷酸微陣列測序和突變分析”文章，把不同來源的靶基因用不同激發(fā)波長的熒光探針來修飾，并同時(shí)使它們與基因芯片雜交，通過比較芯片上不同波長的分布圖，獲得不同樣品中基因表達(dá)的差異。但熒光標(biāo)記法也存在一些嚴(yán)重的不足，如檢測需在雜交反應(yīng)完成并洗脫未結(jié)合標(biāo)記物后進(jìn)行，不能對(duì)芯片上的反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，因而也不能獲取有關(guān)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的信息，同時(shí)檢測設(shè)備復(fù)雜且成本高，對(duì)檢測條件有極其嚴(yán)格的要求，操作冗繁，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、小型化等等。目前還未可進(jìn)行原位檢測的生物芯片技術(shù)的報(bào)導(dǎo)。
鑒于此，本實(shí)用新型的目的是針對(duì)已有生物芯片技術(shù)存在的上述問題，提供一種無須標(biāo)記、能進(jìn)行原位檢測實(shí)時(shí)獲取微陳列各探針的反應(yīng)信息，并具有自動(dòng)、高速、高效，使用簡便，相關(guān)設(shè)備易于微型化、成本低廉的原位生物芯片及其制備方法。
本實(shí)用新型采用在半導(dǎo)體基片上制作結(jié)構(gòu)相同的微型傳感器陣列，在每一個(gè)傳感器上固化一種探針形成在傳感器陣列上有有機(jī)化合物、生物分子、細(xì)胞、微生物中的至少一種探針，形成檢測位點(diǎn)陣列，構(gòu)成在使用時(shí)能通過檢測預(yù)定的檢測位點(diǎn)對(duì)外加電信號(hào)的響應(yīng)，原位獲取該檢測位點(diǎn)探針與靶物質(zhì)的反應(yīng)信息的原位生物芯片來實(shí)現(xiàn)其目的；本實(shí)用新型采用大規(guī)模集成電路技術(shù)在基片上制作微型傳感器陣列、并在微型傳感器陣列上固化探針制成由檢測位點(diǎn)陣列構(gòu)成的本原位生物芯片來實(shí)現(xiàn)其目的。
本實(shí)用新型的原位生物芯片(參見附圖)，包含有SiO2膜層(5)的基片(1)，在SiO2膜層上有沿X坐標(biāo)軸的M條X地址線和沿Y坐標(biāo)軸的N條Y地址線相交錯(cuò)，有在X地址線和Y地址線的交錯(cuò)部的MN個(gè)能盛裝樣品溶液(6)的檢測池(12)，M、N為正整數(shù)，X地址線和Y地址線的一端分別與各檢測池的兩個(gè)電極(8、9)相連，另一端分別與X尋址邏輯電路(13)和Y尋址邏輯電路(14)相連，X尋址邏輯電路和Y尋址邏輯電路與檢測電路(15)相連，構(gòu)成MN個(gè)傳感器，組成傳感器陣列，在一個(gè)傳感器上固化一種探針(16)形成有至少一種探針的探針陣列，構(gòu)成MN個(gè)檢測位點(diǎn)(7)，組成檢測位點(diǎn)陣列。
在上述的SiO2膜層(6)下的基片(1)上，有分別與沿X坐標(biāo)軸的M條RX地址線和沿Y坐標(biāo)軸的N條RY地址線相連的X電阻和Y電阻(2)構(gòu)成的與傳感器陣列相對(duì)應(yīng)的電阻陣列，M、N為正整數(shù)，RX地址線和RY地址線的另一端分別與X電阻邏輯電路(3)和Y電阻邏輯電路(4)相連。
上述的檢測位點(diǎn)(7)有至少一個(gè)圓孔形的檢測池(12)，檢測池的孔壁上有金屬化層(18)，所說的兩個(gè)電極(8、9)分別在孔壁的金屬化層上，檢測池的底面和/或電極的表面呈波紋狀。
上述的檢測位點(diǎn)(7)有至少一個(gè)相互平行的槽形的檢測池(12)，上述的電極呈指狀，有至少一根位于檢測池上層的電極(8)和至少一根位于檢測池下層的電極(9)，在上層的電極與SiO2膜層(6)之間依次有粘接層(10)和Si3O4掩膜層(11)，在下層的電極與SiO2膜層之間有粘接層(10)，檢測池的底面(17)和/或電極的表面呈波紋狀。
上述的探針(16)是有機(jī)化合物探針、或生物分子探針、或細(xì)胞探針、或微生物探針，探針固化在檢測池(13)內(nèi)的電極(8、9)表面上、或固化在檢測池內(nèi)的固體支撐物上。
上述的X尋址邏輯電路(13)、Y尋址邏輯電路(14)、檢測電路(15)可以集成在基片(1)上。上述的X電阻邏輯電路(3)、Y電阻邏輯電路(4)也可以集成在基片(1)上。
本實(shí)用新型的探針與靶物質(zhì)的反應(yīng)可通過在加入靶樣品溶液后給檢測池內(nèi)電極施加電壓來吸引樣品溶液中的靶物質(zhì)以加快反應(yīng)速度。沒有外加電壓時(shí)，樣品溶液中靶分子只有通過擴(kuò)散到達(dá)探針，這種自由擴(kuò)散過程效率極低；外加一電壓可將帶電靶分子直接吸引到聯(lián)結(jié)在電極上的探針，從而加快探針-靶的反應(yīng)速度。相反，外加-反向電壓，則有助于洗脫未反應(yīng)和錯(cuò)配的靶分子，該技術(shù)適用于所有檢測位點(diǎn)內(nèi)置有電極的芯片。另外，可用外加電壓產(chǎn)生一沖擊電流，用于電極表面的清洗或鈍化。
適用于本實(shí)用新型的生物芯片的檢測對(duì)象即靶物質(zhì)，可以是無機(jī)或有機(jī)化合物、生物分子如DNA(脫氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)，抗體或抗-抗體，細(xì)胞或微生物。對(duì)于不同的靶物質(zhì)，需選用相對(duì)應(yīng)的探針進(jìn)行檢測，對(duì)RNA或DNA靶物質(zhì)，探針可以是合成的寡核苷酸。由于一個(gè)檢測位點(diǎn)上對(duì)應(yīng)有一種探針，而由多個(gè)檢測位點(diǎn)構(gòu)成的陣列芯片上對(duì)應(yīng)有由多種探針構(gòu)成的探針組，因此可對(duì)包括相應(yīng)多種靶物質(zhì)的靶物質(zhì)組同時(shí)進(jìn)行檢測。當(dāng)將含有靶物質(zhì)的樣品溶液與本原位生物芯片接觸時(shí)，被置于在檢測位點(diǎn)上構(gòu)制出的檢測池中，靶物質(zhì)被相應(yīng)的探針捕獲。通過X尋址邏輯電路和Y尋址邏輯電路對(duì)每一檢測位點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)尋址，并通過經(jīng)X地址線、Y地址線與檢測位點(diǎn)相連的檢測電路測量該檢測位點(diǎn)的電參數(shù)，探針-靶的相互作用將導(dǎo)致檢測位點(diǎn)電參數(shù)的變化，由此，通過電尋址和電參數(shù)測量可對(duì)原位生物芯片內(nèi)每一檢測位點(diǎn)上特定的靶物質(zhì)-探針結(jié)合進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)靶物質(zhì)組成的測定。
本實(shí)用新型的生物芯片，通過采用微電子、微機(jī)械、化學(xué)處理、生物操縱等制備工藝和過程，得到多個(gè)作為探針的有機(jī)分子、或生物分子、或細(xì)胞、或微生物的微陣列，能使成千上萬個(gè)與生命或藥物相關(guān)的信息集成在一塊厘米見方的芯片上。
本實(shí)用新型與已有生物芯片及其制備方法相比較，具有如下的明顯優(yōu)點(diǎn)和顯著效果。
一、本實(shí)用新型采用微型傳感器，可以通過測量探針-靶結(jié)合所致的一種電信號(hào)或頻率變化(頻移)，原位、實(shí)時(shí)直接檢測探針-靶的相互作用，并可揭示相互作用的動(dòng)態(tài)機(jī)制。探針或靶無須偶聯(lián)熒光素等標(biāo)記物，只有當(dāng)結(jié)合反應(yīng)的電信號(hào)或頻移極小或不存在時(shí)，可用帶電分子標(biāo)記靶。
二、本實(shí)用新型可在1cm2芯片上作出上百萬個(gè)密度均勻、性能統(tǒng)一的微型化檢測位點(diǎn)陣列，其成本廉價(jià)，可與標(biāo)準(zhǔn)電子器件相當(dāng)，而且這種微型傳感器陣列具有比其它方法更高的靈敏度和準(zhǔn)確性。
三、本實(shí)用新型的原位生物芯片，可以采用電子檢測方法，由于是測量電信號(hào)隨頻率的變化，不存在傳感器陣列幅值特性受靶樣品溶液腐蝕的影響，因此本實(shí)用新型芯片可重復(fù)使用多次而不影響精度而且芯片還可涂敷獲得更長的使用壽命。
四、本實(shí)用新型將執(zhí)行檢測位點(diǎn)定位和檢測的電路集成在芯片上的結(jié)構(gòu)，使開關(guān)、信號(hào)處理和電源也都可以集成在同一芯片上，實(shí)現(xiàn)檢測系統(tǒng)的集成化、微型化、自動(dòng)化，而且使用簡便，。同時(shí)，可大批量生產(chǎn)，大大降低成本。
五、本實(shí)用新型的微型檢測位點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)，使用時(shí)由于一是不存在對(duì)未結(jié)合標(biāo)記物的清洗，二是無須標(biāo)記而減少了樣本制備時(shí)間，三是只要有足夠的結(jié)合量使電信號(hào)或頻移有明顯變化而無須等待反應(yīng)完成，四是采用微處理器控制本芯片可提供超高速陣列定位測量，因此可大大縮短檢測時(shí)間。
六、本實(shí)用新型采用有機(jī)化合物、生物分子、細(xì)胞、微生物中的至少一種作為探針組成探針陣列，能同時(shí)捕捉、檢測與多種探針相互作用的靶物質(zhì)，不限于現(xiàn)有生物芯片采用寡核苷酸探針僅應(yīng)用于DNA序列測定，還可應(yīng)用于同時(shí)鑒測多種特定有機(jī)化合物或生物分子或識(shí)別它們的混合物，尋找篩選具有生物作用的有機(jī)化合物或生物分子或細(xì)胞或微生物或它們的混合物，尋找發(fā)現(xiàn)有機(jī)化合物或生物分子或細(xì)跑或微生物或這些物質(zhì)混合物的生物功能。
本實(shí)用新型的生物芯片配用于化學(xué)與生物分析儀器。并借助已有的檢測技術(shù)，應(yīng)用于鑒測有機(jī)化合物或生物分子或它們的混合物，研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)化合物或生物分子或細(xì)胞或微生物的生物功能，尋找、篩選、分離、鑒定具有生物功能的有機(jī)化合物或生物分子或細(xì)胞或微生物或這些物質(zhì)的混合物?？梢赃M(jìn)行生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)中所涉及的各種生物化學(xué)反應(yīng)及其檢測，從而獲取有關(guān)目標(biāo)(靶)組分的成分、結(jié)構(gòu)、性狀、功能的一維或多維信息。以生物芯片為核心構(gòu)建的生物化學(xué)和藥物分析儀具有以下一些主要優(yōu)點(diǎn)，分析全過程自動(dòng)化、生產(chǎn)成本低、芯片可一次性使用避免污染、分析速度可獲得成千上萬倍的提高、所需樣品量可獲得成百上千倍的減少、極高的多樣品處理能力、儀器體積小、重量輕、便于攜帶等。生物芯片技術(shù)可廣泛應(yīng)用于疾病診斷和治療、藥物篩選、農(nóng)作物的優(yōu)育優(yōu)選、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督、環(huán)境檢測、國防、航天等許多領(lǐng)域，它將為人類認(rèn)識(shí)生命的起源、遺傳、發(fā)育與進(jìn)化、為人類疾病的診斷、治療和防治開辟全新的途徑，為生物大分子的全新設(shè)計(jì)和藥物開發(fā)中先導(dǎo)化合物的快速篩選和藥物基因組學(xué)研究提供技術(shù)支撐平臺(tái)。
下面，再用實(shí)施例及其附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地說明。
附圖的簡要說明。


圖1是本實(shí)用新型的一種原位生物芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中一個(gè)檢測位點(diǎn)部的放大圖。
圖3是圖2中電極部分的放大圖。
圖4是圖3的A-A局部的剖視圖。圖中19為電場。
圖5是本實(shí)用新型的一種原位生物芯片的另一種檢測位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例1本實(shí)用新型的一種原位生物芯片，如圖1-4所示。由基片及其上的檢測位點(diǎn)陣列構(gòu)成。
上述的基片1，采用絕緣或半導(dǎo)體材料和通常的方法制成平片形。使用的材料可以是單晶硅、玻璃、石英、剛玉片等。
在基片1上，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)制成微型傳感器陣列。如圖1所示，在基片1上蒸鍍或?yàn)R射電阻材料如鎳鉻合金、鎢或鉑金屬制出與沿X坐標(biāo)軸的M條RX地址線即RX1、RX2、RX3…RXM地址線，和沿Y坐標(biāo)軸的N條RY地址線即RY1、RY2、RY3…RYN地址線相連的X電阻和Y電阻2構(gòu)成的電阻陣列，上述M、N為正整數(shù)，各RX地址線和各RY地址線的一端分別與X電阻和Y電阻2相連，另一端分別與通常的X電阻邏輯電路3和Y電阻邏輯電路4相連，用于探針的定位合成。采用化學(xué)汽相淀積法，在電阻陣列上制出制出厚度約5000的SiO2膜層5，在SiO2膜層上制出與電阻陣列相對(duì)應(yīng)的由沿X坐標(biāo)軸的M條X地址線即X1、X2、X3…XM地址線，和沿Y坐標(biāo)軸的N條Y地址線即Y1、Y2、Y3…YN地址線相交錯(cuò)，上述M、N為正整數(shù)。然后在SiO2膜層上制出Si3O4掩膜層。采用光刻法制出電極圖形，再采用反應(yīng)離子腐蝕法，按電極圖形腐蝕去除Si3O4掩膜層制出位于X地址線和Y地址線交錯(cuò)部的由各相互平行的槽形的穴孔，采用酸性緩沖液濕法腐蝕SiO2膜層，將各穴孔制出凹入的底面，構(gòu)成MN個(gè)能盛裝樣品溶液6的檢測位點(diǎn)7。采用電子束蒸發(fā)法，分別在各底面的SiO2膜層5表面、和各余留Si3O4掩膜層的表面，制出通常材料的粘接層，然后在粘接層上制出金屬化層，從而分別制得由金屬化層形成的呈指狀的位于Si3O4掩膜層上的上層的電極8、和位于底面上的下層的電極9。如圖3、4所示，至少一根呈指狀條形的位于上層的電極8、和至少一根呈指狀條形的位于下層的電極9。在電極8與SiO2+膜5之間依次有粘接層10和Si3O4掩膜層11，在電極9與SiO2膜5之間有粘接層10。多根電極8和多根電極9平行相間構(gòu)成叉指狀的電極組。在檢測位點(diǎn)中的相鄰的兩根上層的電極8與其間的下層的電極9之間構(gòu)成檢測池12，從而在檢測位點(diǎn)中形成多個(gè)檢測池。上述X地址線和Y地址線的一端分別與電極8和電極9相連、另一端分別與通常的X尋址邏輯電路13和Y尋址邏輯電路14相連。X尋址邏輯電路和Y尋址邏輯電路與通常的檢測電路15相連構(gòu)成多個(gè)傳感器，組成與上述電阻陣列相對(duì)應(yīng)的傳感器陣列。在一個(gè)傳感器中的檢測池內(nèi)的電極上固化一種探針16，傳感器陣列中各傳感器中的探針構(gòu)成探列陣列，在探針陣列中可以有有機(jī)化合物探針、生物分子探針、細(xì)胞探針、微生物探針中的至少一種。從而組成檢測位點(diǎn)陣列。上述X電阻邏輯電路3、Y電阻邏輯電路4、X尋址邏輯電路13、Y尋址邏輯電路14、檢測電路15均可以集成在基片1上。
檢測位點(diǎn)7的探針16根據(jù)欲測的靶物質(zhì)確定，可采用不同的探針，包括寡核苷酸、單或雙鏈DNA或RNA抗體或抗原-抗體復(fù)合物、腫瘤細(xì)胞以及其它任何可與靶物質(zhì)互相結(jié)合的物質(zhì)。如對(duì)RNA或DNA靶物質(zhì)，探針可以是合成的寡核苷酸。在一個(gè)檢測位點(diǎn)上對(duì)應(yīng)有一種探針，由多個(gè)檢測位點(diǎn)構(gòu)成的陣列芯片上對(duì)應(yīng)有由多種探針構(gòu)成的探針組。本實(shí)用新型采用有機(jī)化合物、生物分子、細(xì)胞、微生物中的至少一種作為探針組合成微陳列，同時(shí)捕捉、檢測與多種探針相互作用的靶物質(zhì)。即可對(duì)包括相應(yīng)的多種靶物質(zhì)的靶物質(zhì)組同時(shí)進(jìn)行檢測。
如圖4所示，本實(shí)用新型的探針16直接固定在檢測位點(diǎn)7中的檢測池12內(nèi)的電極8和電極9上。探針也可固定在固體支撐物(圖中未顯示)上，在使用時(shí)將固體支撐物連同探針放入檢測池12內(nèi)。固體支撐物，可以是有機(jī)或無機(jī)物基體，如玻璃、聚苯乙烯、聚亞酰胺、二氧化硅以及氮化硅。固定探針的固體支撐物或電極需預(yù)先功能化以產(chǎn)生有利于與所選探針共價(jià)連接的表面化學(xué)。例如，當(dāng)選用玻璃作固定支撐物時(shí)，可通過與環(huán)氧硅烷反應(yīng)使其環(huán)氧基功能化，在玻璃上的環(huán)氧基與5＇-氨基-衍生寡核苷酸探針反應(yīng)，形成一仲胺共價(jià)聯(lián)接，而將探針聯(lián)接到玻璃的表面。如5＇醛或羧酸、氨基和磷酸的衍生物可分別與酰肼、重氮化活化以及氮基修飾的聚苯乙烯結(jié)合。在固定探針的電極的表面也需預(yù)處理覆層上能與探針直接結(jié)合的材料，這些材料包括金、氧化鈮、氧化銥、鉑、鈦、鉭、鎢及其它金屬，這些金屬表面能通過與探針上的有機(jī)巰基連接形成穩(wěn)定的偶合物。如-5＇或3＇端標(biāo)記上巰基的合成DNA探針可與金等金屬形成穩(wěn)定的偶合物。
探針的固定可在合成各種探針后，采用微量移液管或微噴頭或針頭將各種探針逐點(diǎn)分布在基片表面各相應(yīng)的檢測位點(diǎn)上。探針的固定方法可以采用通常的點(diǎn)樣固定探針法、原位合成探針法、探針定位合成法等。探針定位合成法通過圖4中的電阻2，在不影響相鄰檢測位點(diǎn)的情況下加熱芯片的設(shè)定檢測位點(diǎn)，進(jìn)行探針的定位合成。
實(shí)施例2本實(shí)用新型的一種原位生物芯片，采用與實(shí)施例1相類似的方法制成。如圖1、5所示，本原位生物芯片由基片及其上的檢測位點(diǎn)陣列構(gòu)成。本實(shí)施例可保留或去除圖1中的RX1、RX2、RX3…RXM地址線、RY1、RY2、RY3…RYN地址線、X電阻邏輯電路3、Y電阻邏輯電路4。
上述的基片1，與實(shí)施例1相同。在基片上制出厚度約5000的SiO2膜層5。在SiO2膜層上制出由沿X坐標(biāo)軸的M條X地址線即X1、X2、X3…XM地址線和沿Y坐標(biāo)軸的N條Y地址線即Y1、Y2、Y3…YN相交錯(cuò)。再采用光刻法制出穴孔圖形，采用反應(yīng)離子腐蝕法腐蝕SiO2膜層，在X地址線和Y地址線的MN交錯(cuò)部制出制出凹入的圓孔形的穴孔，組成穴孔陣列。各穴孔的孔深約0.5μm、孔徑約2μm、孔間距2μm。采用化學(xué)汽相淀積法在SiO2膜層5上制出厚度約2000的多晶硅膜。采用反應(yīng)離子腐蝕法，將各穴孔的底面17和上表面的多晶硅膜部分腐蝕去除，保留孔壁上的多晶硅膜。再用W或Ti或Pt材料，采用硅化反應(yīng)將多晶硅膜金屬化，制成金屬化層18。采用化學(xué)鍍方法，在各孔壁的金屬化層18上，形成Ni或Au材料的電極8和電極9，構(gòu)成多個(gè)能盛裝樣品溶液6的凹入呈圓孔形的檢測池12，組成檢測池陣列。也可以將各穴孔的底面和/或各電極表面，制成波紋狀表面。將各檢測池的電極8和電極9分別與各X地址線和Y地址線的一端相連，并將X地址線和Y地址線的另一端分別與用通常方法集成在基片1上的通常的X尋址邏輯電路13和Y尋址邏輯電路14相連，再將X尋址邏輯電路和Y尋址邏輯電路與通常的檢測電路15相連，構(gòu)成各傳感器，組成傳感器陣列。在各傳感器的電極上，采用與實(shí)施例1相同的方法固定探針16。組成檢測位點(diǎn)陣列。
使用本實(shí)用新型的原位生物芯片，如實(shí)施例1和實(shí)施例2的原位生物芯片對(duì)靶物質(zhì)進(jìn)行檢測的傳感檢測有兩大類型一類是基于檢測位點(diǎn)兩電極間的介質(zhì)損耗、或是交流導(dǎo)納(阻抗)或是傳輸線射頻損耗的變化；另一類是基于用作檢測位點(diǎn)的微諧振器的諧振頻率或品質(zhì)因子(Q)的變化。在檢測過程中本實(shí)用新型的原位生物芯片有機(jī)化合物探針、生物分子探針、細(xì)胞探針、微生物探針中的至少一種組合成探針微陳列，可同時(shí)捕捉、檢測與多種探針相互作用的靶物質(zhì)。
使用本實(shí)用新型的原位生物芯片的電學(xué)雜交檢測方法本實(shí)用新型的原位生物芯片可作為基因傳感器陣列用于檢測各檢測位點(diǎn)7是否存在靶基因。在DNA解碼檢測應(yīng)用中，在每一檢測位點(diǎn)上固定大量的較短寡核苷酸鏈的探針16，探針鏈的一端與檢測位點(diǎn)表面相連。對(duì)一傳感器陣列，各檢測位點(diǎn)連有不同編碼序列的探針鏈，而每一檢測位點(diǎn)上所有探針鏈的編碼序列則是相同并且已知的。當(dāng)在本實(shí)用新型的芯片的檢測位點(diǎn)的檢測池中注入含有未知(靶)DNA長鏈的樣品溶液6時(shí)，在理想情況下，靶DNA將只在含與其密碼序列部分互補(bǔ)序列的檢測位點(diǎn)上與寡核苷酸鏈的探針緊密結(jié)合，而不與其它任何檢測位點(diǎn)結(jié)合；實(shí)際上。往往會(huì)存在某些較弱的DNA錯(cuò)配，但這些錯(cuò)配可通過在適當(dāng)?shù)碾x子濃度和溫度下采用適當(dāng)?shù)臉悠啡芤呵逑礄z測池予以消除。因此，清洗后芯片上許多檢測池將含有結(jié)合成雜交的DNA，另外余下的檢測池則仍只含有原寡核苷酸鏈探針。通過每個(gè)檢測位點(diǎn)的電極8和9依序電訊問各檢測池，可找到并記錄下含有雜交DNA的檢測位點(diǎn)。當(dāng)檢測位點(diǎn)上有無雜交DNA時(shí)，其電性質(zhì)將有明顯不同。如在DNA分子的諧振頻率下。前者樣品溶液介電常數(shù)約是后者的10-100倍。通常的交流電導(dǎo)檢測法、傳輸-損耗檢測法、線性調(diào)頻脈沖檢測法、微機(jī)械諧振器檢測法即是基于檢測各檢測位點(diǎn)變化而設(shè)計(jì)的。由此數(shù)據(jù)庫，通過“迭代”或“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”算法重構(gòu)出靶DNA的完整編碼序列。
權(quán)利要求1.原位生物芯片，包含有SiO2膜層(5)的基片(1)，其特征在于在SiO2膜層上有沿X坐標(biāo)軸的M條X地址線和沿Y坐標(biāo)軸的N條Y地址線相交錯(cuò)，有在X地址線和Y地址線的交錯(cuò)部的MN個(gè)能盛裝樣品溶液(6)的檢測池(12)，M、N為正整數(shù)，X地址線和Y地址線的一端分別與各檢測池的兩個(gè)電極(8、9)相連，另一端分別與X尋址邏輯電路(13)和Y尋址邏輯電路(14)相連，X尋址邏輯電路和Y尋址邏輯電路與檢測電路(15)相連，構(gòu)成MN個(gè)傳感器，組成傳感器陣列，在一個(gè)傳感器上固化一種探針(16)形成有至少一種探針的探針陣列，構(gòu)成MN個(gè)檢測位點(diǎn)(7)，組成檢測位點(diǎn)陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位生物芯片，其特征在于在SiO2膜層(5)下的基片(1)上，有分別與沿X坐標(biāo)軸的M條RX地址線和沿Y坐標(biāo)軸的N條RY地址線相連的X電阻和Y電阻(2)構(gòu)成的與傳感器陣列相對(duì)應(yīng)的電阻陣列，M、N為正整數(shù)，RX地址線和RY地址線的另一端分別與X電阻邏輯電路(3)和Y電阻邏輯電路(4)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位生物芯片，其特征在于所說的檢測位點(diǎn)(7)有至少一個(gè)圓孔形的檢測池(12)，檢測池的孔壁上有金屬化層(18)，所說的兩個(gè)電極(8、9)分別在孔壁的金屬化層上，檢測池的底面和/或電極的表面呈波紋狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位生物芯片，其特征在于所說的檢測位點(diǎn)(7)有至少一個(gè)相互平行的槽形的檢測池(12)，所說的電極呈指狀，有至少一根位于檢測池上層的電極(8)和至少一根位于檢測池下層的電極(9)，在上層的電極與SiO2膜層(5)之間依次有粘接層(10)和Si3O4掩膜層(11)，在下層的電極與SiO2膜層之間有粘接層(10)，檢測池的底面(17)和/或電極的表面呈波紋狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的原位生物芯片，其特征在于所說的探針(16)是有機(jī)化合物探針、或生物分子探針、或細(xì)胞探針、或微生物探針，探針固化在檢測池(13)內(nèi)的電極(8、9)表面上、或固化在檢測池內(nèi)的固體支撐物上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的原位生物芯片，其特征在于所說的X尋址邏輯電路(13)、Y尋址邏輯電路(14)、檢測電路(15)集成在基片(1)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的原位生物芯片，其特征在于所說的X電阻邏輯電路(3)、Y電阻邏輯電路(4)、X尋址邏輯電路(13)、Y尋址邏輯電路(14)、檢測電路(15)集成在基片(1)上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及化學(xué)與生物分析儀器。旨在解決已有芯片不能進(jìn)行原位和實(shí)時(shí)檢測的問題。本芯片包含基片及其上由相同微型傳感器構(gòu)成的傳感器陣列，采用在一個(gè)傳感器上固定一種探針，而有有機(jī)化合物、生物分子、細(xì)胞、微生物中的至少兩種探針構(gòu)成的檢測位點(diǎn)陣列。用于生命科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物技術(shù)等領(lǐng)域，鑒測有機(jī)化合物或生物分子或細(xì)胞或微生物或這些物質(zhì)的混合物，研究發(fā)現(xiàn)其生物功能，尋找篩選具有生物功能的物質(zhì)。
文檔編號(hào)G01N33/53GK2447791SQ0024468
公開日2001年9月12日 申請(qǐng)日期2000年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月16日
發(fā)明者莫志宏, 薛永新, 靳萍 申請(qǐng)人:莫志宏, 薛永新, 靳萍